Comportement en traction quasistatique

Dans ce paragraphe sont présentés les essais de traction quasistatique réalisés sur les drapages ‘‘influence de l’alternance des plis’’ afin d’étudier l’effet de la séquence d’empilement sur le comportement du multicouche polymère/composite jusqu’à rupture.

La géométrie des éprouvettes testées est la même que celle des éprouvettes de fatigue thermomécanique présentée au chapitre 3 sur la figure 3.2. La partie liner en polyuréthane est collée sur la partie composite à l’aide d’une colle époxy.

Les essais de traction quasistatique ont été réalisés sur les trois séquences d’empilement à une vitesse de déplacement de traverse imposée de 0,5mm/min. Les essais ont été effectués sur la machine hydraulique de fatigue INSTRON 1251 utilisée pour le banc de fatigue thermomécanique. Les mêmes mors à serrage manuel que pour les essais de fatigue thermomécanique ont été utilisés pour fixer les éprouvettes sur la machine. L’essai sur le drapage alterné a été suivi par émission acoustique. Le seuil de détection était de 50 dB (ce qui excluera, d’après les gammes d’amplitude déterminées dans le chapitre 3, la détection de certains échos dus à la fissuration matricielle). Les capteurs étaient positionnés comme présenté sur la figure 2.2 du chapitre 2.

En première approche, la contrainte a été calculée comme étant le rapport de la force appliquée F sur la section initiale de la partie composite S_compo (Eq.4.1).

compo S F =

σ

En effet, seule la partie composite de l’éprouvette en multicouche polymère/composite est fixée dans les mors de la machine de traction. La partie polymère en polyuréthane ‘‘suit’’ les déformations de la partie composite grâce au collage.

La déformation a été calculée par rapport au déplacement de la traverse de la machine d’essai. Elle est définie comme étant le rapport du déplacement de traverse ǻLmach sur la longueur initiale L0mach d’éprouvette entre les deux mors (L0 = 150 mm). Elle sera nommée déformation machine İmach (Eq.4.2) :

mach mach mach L L 0 ∆ = ε _(Eq.4.2)

Sur la figure 4.2 sont représentées les courbes contrainte – déformation machine obtenues pour les trois séquences d’empilement testées.

0 50 100 150 200 250 300 350 0 0,5 1 1,5 2 εεεεm ach (en % ) σσσσ ( e n M P a ) drapage alterné drapage intermédiaire drapage groupé σ σ σ σ fat max

Figure 4.2 : Courbes contrainte – déformation machine obtenues sur les trois drapages ‘‘influence de l’alternance des plis’’ lors d’essais de traction quasistatique jusqu’à rupture.

On peut voir que les trois drapages ont le même comportement élastique linéaire aux faibles niveaux de contrainte et de déformation. Les modules E_mach ont été mesurés en calculant la pente de la partie linéaire des différentes courbes contrainte – déformation machine. Les valeurs mesurées, récapitulées dans le tableau 4.1, montrent que les trois drapages ont quasiment le même module. Ceci s’explique par le fait que chaque drapage est composé du même nombre de couches A et B ce qui conduit donc, théoriquement, au même module longitudinal E_xx. En prenant une moyenne des différentes mesures, le module E_mach des drapages ‘‘influence de l’alternance des plis’’ est de 28,1 ± 0,4 GPa.

Module Emach (en GPa) ^{Seuil d’apparition de} l’endommagement (en MPa)

Drapage groupé 28,0 100

Drapage intermédiaire 28,6 160

Drapage alterné 27,8 210

Tableau 4.1 : Modules Emach mesurés et seuils d’apparition de l’endommagement (perte de linéarité) sur les drapages ‘‘influence de l’alternance des plis’’.

On voit sur la figure 4.2, qu’après cette première partie linéaire, les courbes des différents drapages se séparent. Le changement de comportement est marqué par une perte de linéarité, la pente locale des courbes diminuant par rapport à la valeur mesurée au pied de la courbe. Plus les couches A et B sont épaisses, plus la perte de linéarité est précoce et accentuée. Le suivi par émission acoustique de l’essai sur le drapage alterné montre que les premiers échos détectés correspondent à la perte de linéarité de la courbe contrainte – déformation machine correspondante. On peut donc associer la perte de linéarité des courbes de la figure 4.2 à l’apparition des endommagements dans la partie composite du multicouche. Des seuils d’apparition de l’endommagement peuvent donc être définis à partir de cette perte de linéarité de la courbe. Les valeurs de ces seuils sont récapitulées dans le tableau 4.1. Cela montre que plus les couches A et B sont épaisses, plus l’endommagement apparaît tôt au cours de l’essai.

Enfin, les trois séquences d’empilements ont été menées à rupture. Les valeurs des contraintes à rupture obtenues et des déformations machine associées sont récapitulées dans le tableau 4.2. On voit dans ce tableau que lorsque l’épaisseur des couches A et B augmente, la valeur de la contrainte à rupture du multicouche polymère/composite diminue. Les photos des éprouvettes rompues sont présentées dans la figure 4.3. Ces photos montrent que la rupture des éprouvettes est répartie sur toute la longueur.

Contrainte à rupture ı_r (en MPa)

Déformation machine à rupture İ^r_mach (en %)

Drapage groupé 232,4 1,93

Drapage intermédiaire 242,7 1,19

Drapage alterné 324,2 1,36

(a) (b) x z x z (c)

Figure 4.3 : Photos des éprouvettes rompues en traction quasistatique : (a) drapage groupé, (b) drapage intermédiaire, (c) drapage alterné.

L’étude des drapages ‘‘influence de l’alternance des plis’’ en traction quasistatique permet donc de mettre en évidence une influence de l’épaisseur des couches A et B. Les couches A et B épaisses favorisent une apparition plus précoce de l’endommagement au cours de l’essai bien que les différentes séquences d’empilement aient le même comportement élastique linéaire en début d’essai. Des couches A et B alternées conduisent elles à de meilleures performances sous ce type de sollicitation.

L’alternance des couches A et B ayant une influence sur l’endommagement en traction quasistatique, on peut donc se demander si l’épaisseur des couches A et B a une influence en fatigue thermomécanique.